基于化学制药中的生物催化技术的应用

赵刚刚

摘要：目前，生物技术发展迅速，各学科与生物的结合也越来越紧密。其中，生物催化技术在化学制药中的应用越来越广泛，促进了化学制药行业的发展。本文对生物催化进行了详细介绍，并对生物催化技术在化学制药的应用进行了阐述。

关键词：生物催化；化学制药；应用

1生物催化技术简介

1.1生物催化的含义

经济合作与发展组织（OECD）指出，生物催化技术是一项最有利于可持续发展的技术[1]。生物催化通常指利用酶或者生物有机体（细胞、细胞器、组织等）作为催化剂进行化学转化的過程。微生物是生物催化中常用的有机体，利用微生物胞内的酶或者代谢途径进行反应，将前体物催化反应生成相应的产物。

在化学制药中，生物催化技术主要是涉及生物方面和化学方面。通过在医药和化学工业领域合理应用微生物或酶，可以有效促进生物转化。同时，由于生物催化剂可以通过反应促进分子重组，从而可以提供不同类型（比如手型不同）的产品，促进相关产品的丰富性和多样性。产物的多样化对产品的各种新特性的开发起着有利的作用。

1.2生物催化技术的优越性

生物催化技术除了反应条件比较温和，适应范围比较广之外，在化学制药方面还有更有有利的方面，见下表1。

1.3生物催化技术的发展现状及趋势

1.3.1发展现状

历经十几年的发展，生物催化技术已经取得了一定的成就。采用环境友好型的生物催化剂催化生产化学新药物不断发展，已经取代了传统的化工方法。

因为生物催化是通过研究生物学产生的。最初，科学家们发现，任何有机生物体中只有物质酶可以催化生物体之间的化学反应，并且它不可能自行改变，其催化反应的条件不是很严格。那时，药物的生产完全依赖于化学反应，产生化学反应的条件相对严格，所得物体相对单一。因此，资源投入也比较大。此时，由于某些生物细胞可以在某些条件下用作生物化学转化的观点，这使得生物催化技术出现在许多化学工业中。随着蛋白质工程技术的发展，生物催化技术的选择范围越来越广，生物催化技术在化学和医学中的应用正在逐步扩大。随着科学技术的发展，专家对生物催化的不断研究使得生物催化反应的条件更加温和，反应的底物具有更广泛的选择范围。因此，在很大程度上，化学制药工业的发展很大程度上依赖于生物催化剂的发展。

1.3.2发展趋势

生物催化剂在工业上特别是化学制药行业的发展有四个明显的趋势[2]，分别是（1）与基因组学和蛋白质组学相结合，开发出更多蛋白酶产品。（2）发展定向进化技术，在分子水平上对生物催化剂进行改造。（3）开发“细胞工厂”。（4）使其向绿色、环保、可持续方面发展。

2生物催化技术在化学制药中的应用

2.1生物催化剂与小分子药物

近年来，在我国许多从事化学研究领域的人，对微生物和酶的反应过程有着浓厚的兴趣，与此同时，越来越多从事微生物和酶研究的人也对如何应用于有机合成感兴趣，这使得生物催化技术成为一项发展迅速、重要热门的研究之一。通过无数研究人员的研究发现，许多活性小肽在体内以大分子的形式存在，然后通过它们的降解和分泌来发挥其功能。一些天然蛋白质分子量比较大，但它们的活性位点非常小，也就是通过一系列小肽来表达它们的活性。另外，蛋白质水解可作为改善蛋白质底物的物理化学性质和功能特征的重要手段，因为其活性肽可以治疗许多疾病，如高血压，糖尿病，艾滋病等，所以它已广泛用于化学制药行业。在传统的化学制药领域，生物催化技术一直是生化药物的主要组成部分，通过微生物或酶水解的方法，可以降解原料蛋白的前体，然后降解后可以分离蛋白水解物，肝脏水解物等活性片段。因为水解产物含有多种活性肽、游离氨基酸和其他小分子有效物质，对许多疾病的治疗都是有效的。随着现代科学技术的不断进步和发展，研究人员研究了如何将酶水解过程与目前新的分离和检测技术相结合，特别是在亲和层析的基础上使用的各种方法和仪器。所以，生物催化技术在化学制药行业中发挥的作用越来越大，对促进化学制药行业的发展及新药物的研制起着关键性作用[3]。

2.2生物催化剂与绿色化学制药

使用生物酶作为催化剂的反应不仅可以省去高压氢化和金属催化剂等一系列过程，而不需要在后期进行分离纯化。最重要的是生物催化反应可以提高速率和生产率，提高设备的工作能力和原料的利用率，大大减少废物的产生。可以看出，在化学药物生产中使用酶或者微生物作为生物催化可以有益于其他药物的合成。还有许多生物催化技术已广泛应用于手性药物和农药等精细化学品的生产过程中，并呈现出快速的发展趋势。随着制药行业对手性化合物的需求日益增加，环保意识日益提高，生物催化作为绿色手性技术，现已成为化学制药工艺研究和应用的热点之一。例如，人们过去认为生物催化只能在室温下在水溶液中进行。但自从Klibanow在20世纪80年代早期发现酶可以催化有机溶剂中的有机反应以来，已经形成了一个新的研究领域：酶在非水介质中的催化反应，它广泛用于现代医药和精细化学品的生产。

3生物催化技术在化学制药中的应用前景

科技是第一生产力，科技进步的最终目标是实现人类的繁荣与发展。生物催化技术作为新兴的科学技术之一也是如此，通过将天然领域广泛存在的各种生物催化过程整合到工业生产领域，可以充分发挥生物催化技术的作用和功能。实质上，生物催化不仅取决于我们是否能找到一系列可与反应物的有机配合物结合的生物催化酶，还取决于化学合成中的生物催化过程。然而，与其他化学工业相比，化学制药对人类的生活健康有着直接的关系，另外，化学制药工业规模相对较小，纯度要求也较高，难以依赖其他工艺生产。因此，生物催化技术的第一个目标是在化学药剂学中的应用[4]。因此，生物催化技术不仅在化学药剂学领域具有巨大的发展空间，而且具有广阔的应用前景。

总之，生物催化技术已成功应用于现代化学药物的生产和研制，成为新时代化学药物的主要组成部分。并且，生物催化技术在化学药物中的应用将成为未来药物开发研制的主流。此外，提高资源利用率，减少环境污染，建设环境友好型国家是每个国家面临的问题。生物催化技术的研究和应用不仅为研究提供了重要的解决方案，而且为化学制药工业的发展带来了新的生机和活力。

参考文献

[1]王德新. 化学制药中的生物催化技术运用[J]. 科学技术创新，2015（10）.

[2]林章凛，曹竹安，邢新会，等. 工业生物催化技术[J]. 生物加工过程，2003，1（1）：12-16.

[3]叶盛，王烨丽，王曰达. 化学制药中的生物催化技术运用探讨[J]. 化工管理，2016（12）：121-121.

[4]王文学. 生物催化技术在化学制药中的应用研究进展[J]. 北方药学，2013（6）：65-66.

（作者单位：诺维信（中国）生物技术有限公司）